孔 琴

(巴馬丹拿建筑設(shè)計(jì)咨詢(上海)有限公司，上海 200051)

1 概述

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是以“抗”為主，通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和變形能力的方法來(lái)抵御地震作用。然而，這種方式會(huì)陷入一個(gè)惡性循環(huán)，構(gòu)件截面越大，剛度越大，地震作用相應(yīng)變大，所需的構(gòu)件尺寸與配筋又會(huì)隨之增加，同時(shí)積累的塑性變形也會(huì)給建筑物帶來(lái)無(wú)法修復(fù)的損傷。由于傳統(tǒng)的抗震手段存在如此多的弊端，人們便通過(guò)把結(jié)構(gòu)的某些非承重構(gòu)件設(shè)計(jì)成耗能桿件或在結(jié)構(gòu)的某些部位裝置耗能裝置來(lái)達(dá)到改善結(jié)構(gòu)抗震性能的目的，消能減震技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。目前，在消能減震裝置里，應(yīng)用比較多的是軟鋼阻尼器。軟鋼阻尼器是采用低屈服點(diǎn)的軟鋼制成，它會(huì)在結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形前首先發(fā)生屈服，以消耗大部分的地面運(yùn)動(dòng)傳遞給結(jié)構(gòu)的能量[4]。

本工程運(yùn)用了軟鋼阻尼器的這一特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)中布置了多組開孔式阻尼器(HADAS)，以改善建筑物的抗震性能。

2 工程概況

本工程為公寓式酒店，總高136.95 m，地上35層，地下2層，結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架—核心筒，具體平面布置見圖1。由于建筑和機(jī)電的使用要求，結(jié)構(gòu)的平面布置及構(gòu)件尺寸受到局限;且由于建筑物離地鐵比較近，結(jié)構(gòu)的沉降也不能太大，相應(yīng)地結(jié)構(gòu)的自重也要受到限制。原有的結(jié)構(gòu)布置無(wú)法滿足規(guī)范要求的位移等抗震指標(biāo)，因而需要通過(guò)設(shè)置阻尼器來(lái)改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3 阻尼器的設(shè)置與應(yīng)用

本工程在建筑6層～建筑22層的每層X向(長(zhǎng)向)和Y向(短向)各布置2組開孔式阻尼器(HADAS)，共計(jì)68組，阻尼器平面位置如圖1所示，阻尼器外觀詳見圖2，阻尼器的安裝詳見圖3。

由于本工程采用的計(jì)算軟件是PKPM，目前SATWE分析程序尚無(wú)法做有關(guān)消能減震的分析。因此，在計(jì)算模型中，如何合理地體現(xiàn)軟鋼阻尼器的作用是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[1]規(guī)定，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作階段時(shí)，消能減震設(shè)計(jì)可采用線性分析方法作簡(jiǎn)化估算。因此我們利用ETABS軟件，采用反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法來(lái)分析結(jié)構(gòu)在多遇地震下的反應(yīng)[2]。經(jīng)過(guò)多次迭代計(jì)算，我們求得軟鋼阻尼器所提供的附加阻尼比及有效剛度。不同位置處軟鋼阻尼器的有效剛度及阻尼器上下的支撐墻的側(cè)向水平剛度以串連的方式等效為不同尺寸的等值柱，并將這68組等值柱放入SATWE分析模型中以替代阻尼器及其周邊支撐。結(jié)構(gòu)的總阻尼比則為原結(jié)構(gòu)阻尼比與阻尼器的附加阻尼比之和，本工程的總阻尼比為 6.54%。

4 軟鋼阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的改善

為了對(duì)比阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，我們將放置阻尼器前的模型與放置阻尼器后的模型分別采用同一版本的SATWE軟件進(jìn)行計(jì)算，在保證兩個(gè)模型的構(gòu)件尺寸及荷載等條件都相同的情況下，我們將層間位移角、層剪力及構(gòu)件內(nèi)力進(jìn)行對(duì)比(具體如圖4～圖9所示)。

根據(jù)圖4，圖5可知，結(jié)構(gòu)設(shè)置阻尼器后，X，Y向的層間位移角均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，其中X向最大層間位移角減小8.4%，Y向最大層間位移角減小6.8%;根據(jù)圖6，圖7可知，結(jié)構(gòu)設(shè)置阻尼器后，X，Y向的層剪力均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，其中力X向基底剪力減小5.1%，Y向基底剪力減小6.3%。為了對(duì)比構(gòu)件內(nèi)力的變化，我們?nèi)〉?2層梁柱構(gòu)件在X向地震作用下的內(nèi)力進(jìn)行對(duì)比。從圖8，圖9顯示的結(jié)果看(圖中方框圈出的數(shù)字為設(shè)置阻尼器后的構(gòu)件內(nèi)力)，梁柱的地震內(nèi)力均得到有效地減小。由此可見，合理設(shè)置位移型阻尼器能夠有效消弱結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

5 結(jié)語(yǔ)

從以上分析可知，軟鋼阻尼器并不改變主體結(jié)構(gòu)的豎向受力體系，僅在結(jié)構(gòu)的變形過(guò)程中發(fā)揮消能作用，所以阻尼器的應(yīng)用可以不受結(jié)構(gòu)類型、形狀、層數(shù)、高度的限制。就本工程而言，即使不能做到每層都加設(shè)阻尼器，結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移角，構(gòu)件內(nèi)力，層剪力等還是得到不同程度的減小。由此可見，利用阻尼器來(lái)吸收地震能量，降低結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，改善結(jié)構(gòu)的抗震性能是行之有效的抗震手段。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]陳清祥，潘 琪，呂西林，等.值線性分析方法于消能減震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用[A].第七屆中日建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)[C].2006.

[3]王亞勇，陳清祥，薛彥濤.開孔式軟鋼阻尼器在西安長(zhǎng)樂(lè)苑招商局廣場(chǎng)4號(hào)樓抗震加固中的應(yīng)用探討[J].防震減災(zāi)工程研究與進(jìn)展，2005(8):96-97.

[4]萬(wàn)澤清，劉 平.低屈服點(diǎn)鋼在結(jié)構(gòu)耗能減震中的應(yīng)用[J].鋼結(jié)構(gòu)，2010，25(2):26-27.